重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法技术方案

本发明专利技术涉及一种重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，包括以下步骤：步骤1、建立IMU上加速度计坐标系ox

【技术实现步骤摘要】
重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法


[0001]本专利技术属于重力仪惯性元件高精度标定
，涉及重力仪惯性组件系统级在线标定技术，尤其是一种重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法。

技术介绍

[0002]地球重力场是地球的基本物理场，它反映了地球内部物质分布与地球的旋转运动，制约着地球表面和近地空间物体运动，地球重力场信息在地球科学中的地球物理、地质勘探、大地测量学、海洋学、地球动力学等基础学科和军事、国家安全等领域中有重大战略和基础性作用。动态相对重力仪是地球重力场探测的核心仪器，我国重力仪研发及制造技术已日趋成熟，正逐步替代国产设备。
[0003]随着使用时间的增长，惯性元件的关键参数逐渐变化，出厂装订参数误差逐渐增大甚至超差。重力仪惯性元件高精度标定是减小重力敏感器(垂向加速度计)测量误差及保证惯性平台姿态精度的关键技术，也一定程度决定了重力仪的动态测量精度。利用高精度转台精确转位功能在实验室完成标定的方法称为分立式标定。不借助高精度转台，在系统上利用最优估计的方法通过导航误差对惯性组件参数进行在线标定的方法称为系统级在线标定。由于系统级在线标定技术不借助高精度转台，且抗环境干扰能力强，因此，能够在工作现场实现标定过程，灵活方便，且能够提高设备的维修性和保障性能力，在惯性组件标定领域得到大量应用。
[0004]在已有的系统级在线标定研究文献中，各文献的最大差异在于旋转编排的设计以及Kalman滤波器模型的建立方法。而在参考坐标系建立方法上，已有的定义惯性测量参考系的方法有两种，第一种是设定x轴方向加速度计敏感轴与正交参考坐标系x轴重合，并规定oy轴在加速度计坐标系oxoy平面内，然后根据右手坐标系确定oz轴。第二种是设定x轴方向陀螺仪敏感轴与正交参考坐标系x轴重合，并规定oy轴在陀螺仪坐标系oxoy平面内，然后根据右手坐标系确定oz轴。
[0005]对于惯性导航应用，上述建立参考坐标系的方法不影响惯性导航系统精度。而对于重力测量应用，上述参考坐标系建立方法将导致重力仪输出与水平加速度计精度相关。由于水平加速度计精度较重力敏感器精度至少低1个数量级，因此严重影响重力仪输出的分辨率与长期稳定性，上述系统级在线标定参考坐标系建立方法是不适合平台式重力仪使用要求的。
[0006]因此，如何设计一种高精度的平台式重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，是本领域技术人员需要解决的技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种平台式重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，能够支撑重力仪在静基座及微幅摇摆条件下实现惯性组件元件误差系统级在线标定。
[0008]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0009]一种平台式重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、建立IMU上加速度计坐标系ox
a
y
a
z
a
，该坐标系不是正交坐标系。其中，ox
a
，oy
a
，oz
a
轴与相应加速度计敏感轴重合；
[0011]步骤2、以加速度计输入轴为基础确定参考坐标系，令该正交参考系的oz轴与加速度计的输入轴oz重合，并规定oy轴在加速度计坐标系oxoy平面内，然后根据右手坐标系确定ox轴。
[0012]本专利技术的优点和有益效果：
[0013]本专利技术提出一种重力仪惯性组件系统级在线标定正交参考坐标系建立方法能够保证平台式重力仪的重力测量功能仅由垂向重力敏感器实现，水平加速度计不直接参与重力测量，更有利于保证重力仪的高分辨率和高稳定性。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的平台式重力仪示意图；
[0015]图2是本专利技术的惯性测量组件示意图；
[0016]图3是本专利技术的安装误差角示意图。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：
[0018]平台式重力仪的核心由惯性稳定平台与稳定平台上惯性测量组件中的高精度重力敏感器构成，载体运动过程中，理论上惯性稳定平台始终保持水平，重力敏感器敏感轴始终对准重力铅垂线方向，实现重力测量功能，如图1所示。惯性测量组件的核心是重力敏感器，此外还包括三支光纤陀螺仪、两支水平加速度计，如图2所示。重力敏感器也实现垂直加速度计功能，参与惯性稳定平台控制，在本实施例中，垂直加速度计即指重力敏感器。
[0019]理想的状态下，3支光纤陀螺的敏感轴方向是相互垂直的，并且与固定于框架上的惯性测量参考系ox
b
y
b
z
b
重合，加速度计的敏感轴方向也应该与陀螺敏感轴方向相一致。实际上，由于加工和装配工艺的限制，加速度计的输入轴系ox
a
y
a
z
a
和陀螺的输入轴系ox
g
y
g
z
g
均不是正交坐标系，并且也不相互重合，由惯性导航相关知识可知，必须通过标定建立这两个非正交坐标系到一个正交参考坐标系ox
b
y
b
z
b
的坐标变换，导航解算及载体运动过程中惯性稳定平台的控制都基于此正交参考坐标系完成。重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系即是一正交参考坐标系。
[0020]一种重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，包括以下步骤：
[0021]步骤1、建立IMU惯性测量组件上加速度计坐标系ox
a
y
a
z
a
，该坐标系不是正交坐标系。其中，ox
a
，oy
a
，oz
a
轴与相应加速度计敏感轴重合；
[0022]步骤2、以加速度计输入轴为基础确定参考坐标系，令该正交参考系的oz轴与加速度计的输入轴oz重合，并规定oy轴在加速度计坐标系oxoy平面内，然后根据右手坐标系确定ox轴。
[0023]以下说明本专利技术的参考坐标系建立方法的优势：
[0024]设ox
a
、oy
a
、oz
a
为三个加速度计的输入轴，ox
b
y
b
z
b
为固定于IMU上的正交参考系，ox
a
y
a
z
a
与ox
b
y
b
z
b
之间的关系可以用t
xz
，t
xy
，t
yx
，t
yz
，t
zy
，t
zx
6个参数表示，见图3所示。图中ox
′
为ox
a
在平面oz
b
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力仪惯性组件系统级在线标定参考坐标系建立方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立IMU上加速度计坐标系ox
a
y
a
z
a
，该坐标系不是正交坐标系；其中，ox
a
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋兴涛，高峰，高巍，张晓雅，张子山，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：